Формирование скрытых метастазов при стрессе эндоплазматического ретикулума

Рак поджелудочной железы (протоковая аденокарцинома поджелудочной железы) является распространенным и крайне коварным онкологическим заболеванием. Пациенты без признаков локальной инвазии и отдаленных метастазов проходят процедуру резекции опухоли, однако в течение двух лет после операции у 75 % этих пациентов разовьется метастатическая болезнь. Предполагается, что причина заключается в наличии скрытых метастазов, которые присутствуют уже на стадии удаления первичной опухоли и развиваются в макрометастазы после операции. Недавнее исследование проливает свет на механизмы формирования этих метастазов, их выживания и последующего роста в макрометастазы.

Прежде всего, на предмет скрытых метастазов были исследованы образцы печени пациентов с раком поджелудочной железы без признаков метастазирования. В качестве маркера опухолевых клеток использовалось накопление мутантного р53. У всех пациентов были обнаружены одиночные диссеминированные опухолевые клетки (DCC — disseminated cancer cells) в печени.

Чтобы изучить появление этих клеток и определить роль иммунной системы в их поведении была разработана мышиная модель, имитирующая процесс метастазирования. В этой модели клетки метастатической линии заселяли в печень мышам, предварительно иммунизированным данной опухолью, и наивным мышам в контрольной группе. В то время как у наивных мышей наблюдался рост макрометастазов, у преиммунизированных мышей были обнаружены только одиночные DCC. Аналогичные результаты были получены при введении опухолевых клеток через хвостовую вену: рост макрометастазов происходил только в легких наивных мышей, единичные DCC были найдены в легких преиммунизированных мышей. При этом удаление CD4+ и CD8+ Т-клеток из преиммунизированных мышей привело к росту метастазов.

Неспособность иммунной системы элиминировать DCC при сохранении адекватного ответа в отношении макрометастазов была объяснена при сравнении двух этих типов клеток: DCC отличались от клеток, составляющих макрометастазы, отсутствием Ki67 (маркер пролиферации), MHC-I, и типичных эпителиальных маркеров протоковой аденокарциномы СК19 и Ecad. Иными словами, DCC находились в покоящемся состоянии и могли избегать иммунного распознавания. Эффективное уничтожение делящихся опухолевых клеток иммунной системой, и в то же время неуязвимость покоящихся клеток, уже были известны и связаны с концепцией стволовых клеток опухолей. Но что связывает иммунное ускользание и состояние покоя?

Ответ был найден при секвенировании РНК одиночных клеток (single cell RNA sequencing). Наиболее активированными в клетках с фенотипом DCC оказались сигнальные пути стресса эндоплазматического ретикулума (ЭПР). При этом ответ на стресс ЭПР был активирован и в клетках макрометастазов, и в DCC, однако в последних этот процесс оставался незавершенным. DCC оказались неспособными продуцировать белок XBP1, необходимый для фолдинга белков при стрессе ЭПР. Таким образом, стресс ЭПР оставался неразрешенным. Разрешение продолжающегося стресса ЭПР при помощи химических шаперонов или индукцией экпрессии XBP1 оказалось достаточным для перехода покоящихся DCC в активно делящиеся MHC-I+ клетки аденокарциномы. Это показало, что именно стресс ЭПР ингибирует процесс клеточного деления и экспрессию MHC-I, делая покоящиеся клетки неуязвимыми для иммунного ответа.

Два фенотипа клеток в метастазирующем раке поджелудочной железы

Спонтанный переход DCC в активное состояние in vivo был подтвержден в мышиной модели. Удаление Т-клеток после формирования DCC привело к росту макрометастазов. Этот процесс зависел от времени удаления: при удалении Т-клеток через 3 недели после введения опухолевых клеток макрометастазы образовались у 10 из 15 мышей, через 9 недель — только у 2 из 15. При этом опухолевые клетки в составе этих макрометастазов имели нормальный фенотип с экспрессией эпителиальных маркеров и MHCI, что говорит об обратимости покоящегося состояния DCC. Исследование печени через разные промежутки времени после заселения опухолевыми клетками показало, что количество DCC со временем падает. Вместе эти данные позволяют предположить механизм контроля DCC со стороны иммунной системы: спонтанный переход покоящихся клеток в активное состояние сопровождается реэкспрессией эпителиальных маркеров и MHC-I, что приводит к удалению этих клеток Т-лимфоцитами. В пользу этой гипотезы также свидетельствовали находки единичных СК19+ DCC, окруженных Т-клетками в преиммунизированных мышах.

Таким образом, неразрешенный стресс ЭПР позволяет диссеминированным клеткам рака поджелудочной железы избегать элиминации иммунными клетками и формировать скрытые метастазы, рост которых в макрометастазы контролируется иммунной системой. Хирургическое вмешательство по удалению опухоли может спровоцировать иммуносупрессию и создать условия для формирования макрометастазов из покоящихся DCC. Первое очевидное решение проблемы — послеоперационный контроль уровня кортизола, повышение которого вызывает иммуносупрессию. Другой путь — это применение препаратов, разрешающих стресс ЭПР, до операции. Это позволит вывести опухолевые клетки из покоящегося состояния и сделать их уязвимыми до операции, на этапе, когда иммунная система интактна.

Источник:
Pommier A. et al. Unresolved endoplasmic reticulum stress engenders immune-resistant, latent pancreatic cancer metastases //Science. — 2018. - eaao4908.